ES2646179T3 - Sistema y método para la fabricación de un producto de plástico a partir de residuos de plástico mixtos reciclados - Google Patents

Sistema y método para la fabricación de un producto de plástico a partir de residuos de plástico mixtos reciclados Download PDF

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ES2646179T3
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Andrus Valdmaa
Aivo Käsnar
Aarne Saareväli
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Rolan Investment Oue
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Rolan Invest Oue
Rolan Investment Oue
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Abstract

Un sistema para producir productos de plástico a partir de materia prima que ha sido reciclada a partir de residuos de plástico mixtos sin clasificar, no identificados y sucios, comprende un sistema para mezclar materias primas (3), un primer transportador (5), una tolva (4), un segundo transportador 6), un mezclador fino con un sistema de pesaje (7), un panel de control (8), una extrusora de un tornillo (9), un sistema de matrices de calibración (10) en la tabla de calibración (11), un baño refrigerante de agua (12), una máquina de pultrusión (13) y un cortador automático (16), en el que - la extrusora de un tornillo (9) comprende un motor (17); una caja de engranajes (18); un bastidor (19); ventiladores de refrigeración (20); un tornillo con un diámetro de 90-120 mm que tiene una zona de alimentación (21), una zona de compresión (22) y una zona de mezclado (23); un cilindro que incluye zonas de calentamiento (24), (25), (26), (27), (28); un cabezal de extrusión (29); un dado (30); y una extensión (31) del cabezal que también se utiliza como primera zona de enfriamiento; - el sistema de matrices de calibración (10) comprende una primera matriz de calibración (10.1) que está conectada a la extensión (31) del cabezal de extrusión; una segunda matriz de calibración (10.2), una tercera matriz de calibración (10.3), una cuarta matriz de calibración (10.4), en la que cada matriz siguiente es 0,5 mm más grande que la anterior y cada una de ellas comprende una base (10.5), una cubierta (10.6) y laterales (10.7) y (10.8) que están fijados rígidamente entre sí, formando así una cámara interior (10.9) de las matrices; y canales de refrigeración (10.10); - la máquina de pultrusión (13) comprende un convertidor (14) y un motor eléctrico con un reductor (15).

Description

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DESCRIPCION
Sistema y metodo para la fabricacion de un producto de plastico a partir de residuos de plastico mixtos reciclados Campo de la invencion
La presente solucion pertenece al campo de la recuperacion de residuos de plastico, mas concretamente al campo del reciclado de residuos de plastico mixtos sin clasificar, no identificados y sucios y a la produccion de productos de material reciclado acabados.
Antecedentes de la invencion
Los envases de plastico (por ejemplo, bolsas de plastico, envases de plastico de jamon, queso, yogur, otros alimentos y productos de consumo y utensilios de plastico) y otros residuos de plastico (cajas de botellas, muebles de jardm, cubos, trineos de plastico, parachoques de coches, bidones de gasolina, tubenas, carretes, carcasas de ordenadores, carcasas de televisiones, piezas de plastico de los refrigeradores, etc.) son el tipo de residuos mas problematico y de crecimiento mas rapido. De acuerdo con soluciones comunes, este tipo de residuos es principalmente depositado en el vertedero, quemado o utilizado como relleno. Estas soluciones contaminan el medio ambiente, son caras y desechan materiales que podnan ser utilizados como materia prima para nuevos productos.
Aparte de eso, todo el mundo conoce las soluciones de reciclado de residuos de plastico donde los residuos se clasifican primero, luego se limpian y los plasticos del mismo tipo se reciclan en una masa uniforme, granulos o nuevos productos. El proceso de reciclado esta basado en el tipo, lo que significa que, por ejemplo, los residuos de LDPE (envases y bolsas de plastico), HDPE (bolsas de plastico y productos de plastico de paredes gruesas) o PET (botellas de plastico de bebidas) se lavan, se trituran, se secan y se granulan. La industria del plastico puede utilizar granulos de plastico hechos de un polfmero como materia prima para fabricar nuevos productos. Como la clasificacion de los residuos de plastico por tipo es muy costosa y lleva mucho tiempo, los residuos de plastico mixtos que no son faciles de clasificar no suelen reciclarse; se incineran o se depositan en vertederos.
No hay una solucion adecuada para reciclar polfmeros de diferentes tipos. Comparado con otros materiales, tales como vidrio o metales, los polfmeros plasticos necesitan ser procesados mas tiempo para ser reciclados. El mayor problema es que los polfmeros de diferentes tipos no se mezclan porque su peso molecular difiere y tienen cadenas polimericas largas. El calentamiento de los polfmeros no es suficiente para descomponer sus moleculas. Por lo tanto, para ser reciclados, los polfmeros deben ser identicos para lograr una mezcla eficaz. Si se funden diferentes tipos de plastico juntos, no se mezclan, como el aceite y el agua, sino que forman capas.
Tales problemas impiden que la industria del plastico utilice residuos de plastico mixtos sin clasificar y la clasificacion de residuos domesticos y de otro tipo por tipos es muy costosa y casi imposible. La industria del plastico estandar que pone cientos de millones de toneladas de productos de plastico en el mercado esta preparada para usar granulos de plastico “vfrgenes” o de un solo tipo primario (LDPE, HDPE, PS, PP, PET, AB, materiales compuestos, PP/PE, PS/PC) HIPS, EPS, PA, POM, PC, etc.), y sus soluciones tecnologicas de produccion no son capaces de manejar residuos de plastico mixtos o sucios.
La mezcla y fusion de diferentes tipos de plastico da como resultado una masa muy inestable que es diffcil de manejar en un proceso de fabricacion de plasticos comun con el fin de lograr un proceso y un producto estables. Para mezclar diferentes tipos de residuos de plastico en el reprocesamiento, se anaden otros materiales a la mezcla.
Existen soluciones no del estado de la tecnica para fabricar diferentes productos a partir de residuos de plastico mixtos reciclados. Tales soluciones requieren que se anadan otros materiales, elementos qmmicos o granulos de plastico puros, identificables y limpios (polfmeros virgen) a la mezcla de plastico reciclado para asegurar una mejor union de la mezcla. Los materiales utilizados como cargas o aditivos son, por ejemplo, metal, madera, aceite, talco, cenizas volantes, potasa, harina de madera o pulpa de madera. Por ejemplo, se utiliza una mezcla de madera y polfmero para fabricar perfiles de WPC, utilizando el metodo de extrusion. La debilidad de estos productos es que los aditivos los hacen menos resistentes a la intemperie, y son diffciles de clavar, moler o procesar de cualquier otra manera.
Existen diversas soluciones del estado de la tecnica para el reciclaje de residuos de plastico mixtos en materia prima para diversos productos: por ejemplo, procesamiento y compactacion de residuos de plastico por aglomeracion, procesamiento por extrusion o utilizacion de la tecnologfa de moldeo por inyeccion. El proceso de extrusion utiliza tanto extrusoras de un tornillo como extrusoras de tornillo multiple (extrusoras de doble tornillo, triple tornillo o mas).
Un proceso de extrusion de polfmeros comun maneja materia prima polimerica que se identifica exactamente y tiene las caractensticas muy claras de un cierto tipo de polfmeros. Dichas soluciones no permiten un reciclado rapido y de bajo coste de residuos de plastico mixtos, ya que los residuos deben clasificarse, limpiarse y secarse de antemano, y los diferentes tipos de residuos de plastico deben procesarse por separado.
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La fabricacion de productos a partir de materia prima que ha sido reciclada a partir de residuos de plastico mixtos, utilizando una extrusora de un tornillo, se describe por ejemplo en las solicitudes de patente US20050051646A1 (Collex Pty. Ltd.), 10.03.2005 y US20020125600A1 (David Horne), de 12/09/2002, que describen el reciclado de residuos de plastico mixtos para producir productos, tales como postes de vinedos, postes de ostras, soportes de tubenas, listones, bandejas de aspersion, tapas de alcantarilla, traviesas de ferrocarril, por moldeo. El inconveniente de dicha solucion es que no pueden fabricarse productos finales de residuos de plastico utilizando un proceso continuo, y en su lugar los moldes deben ser unidos a la extrusora. Esto hace que la produccion consuma mucho tiempo, sea compleja y costosa.
Por ejemplo, el documento US5413745A1 describe un metodo y un aparato para producir continuamente briquetas alargadas a partir de una mezcla de material compresible y comprimido que contiene una mezcla de material de relleno (tal como fibras de madera, astillas de madera, fibras textiles y otro material de fibra) y material plastico, utilizando una maquina para la fabricacion de briquetas y conectando a esta maquina una matriz de pared movil de modo que el movimiento de las paredes esta adaptado para permitir un haz extruido. Se describe que la proporcion de material plastico utilizado debe ser menor que el 50 %, pero preferiblemente aproximadamente el 10 %. Una proporcion normal se situara entre el 20 y el 50 %, digamos alrededor del 40 %. Un material plastico tal como polietileno puede estar presente en una proporcion del 25-40 % cuando el material de relleno utilizado es papel.
Por ejemplo, el documento US5213021A1 describe un sistema y el proceso para fabricar productos de madera sintetica combinando material de desecho de madera, tales como residuos de fibra de cedro y materiales de desecho de plastico para reducir los residuos de madera. Los materiales de partida de madera y plastico se identifican, descontaminan, dimensionan y secan, se mezclan y luego se convierten en productos de materiales de construccion.
El documento WO2012174106A2 se considera la tecnica anterior mas proxima a la presente invencion y describe un sistema de extrusora de doble tornillo y un metodo para fabricar materiales compuestos de madera y plastico extruidos que incluyen una capsula que tiene un elastomero (es decir, caucho) y/o un plastomero (tal como los materiales que combinan propiedades de tipo caucho o elastomeros y plasticos). El material compuesto extruido incluye un nucleo que tiene un polfmero base y un material de carga.
Breve descripcion de la invencion
El objetivo de la presente invencion es proponer una solucion que no tenga ninguna de las deficiencias antes mencionadas para fabricar productos finales de manera facil, rapida y a bajo coste a partir de residuos de plastico mixtos sin clasificar, no identificados y sucios que se han reciclado. El objetivo de la invencion se consigue mediante el sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 y el metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, donde los residuos de plastico sin clasificar, no identificados y sucios de peso volumetrico variable (por ejemplo, polipropileno, polietileno HD, polietileno LD, poliestireno, ABS, PET y otros residuos de plastico no identificados que contienen plasticos de diferente color) se reciclan en una mezcla de materiales que se utiliza para producir productos finales en un proceso de extrusion continua.
De acuerdo con la presente solucion para producir productos a partir de materia prima que ha sido reciclada a partir de residuos de plastico mixtos, se utiliza un proceso de extrusion continua estable para manipular diversas mezclas polimericas (incluyendo materiales polimericos recuperados no identificados), cumpliendo los productos finales con los requisitos estipulados para ellos .
En el proceso de extrusion continua, la mezcla resultante del reciclado de residuos de plastico mixtos se convierte en productos de plastico; por ejemplo, tableros de perfil que se utilizan para la fabricacion de estructuras portuarias, sistemas de terraza, sistemas de barrera de ruido, sistemas de jardm, muebles y materiales de acabado para edificios.
La ventaja de la presente solucion, en comparacion con otras soluciones conocidas, es que para contrarrestar los nuevos productos de plastico puestos en el mercado, los residuos de plastico se reciclan sin necesidad de clasificar los diferentes tipos de polfmeros. Los productos finales fabricados a partir de la mezcla de materias primas que son el resultado del reciclaje de residuos de plastico mixtos no identificados son resistentes a la intemperie, no necesitan mantenimiento y son totalmente reciclables despues de decadas de uso, proporcionando asf un nuevo ciclo de uso sin fin a los residuos de plastico. Los perfiles producidos usando el metodo de extrusion continua de acuerdo con la presente invencion pueden ser ampliamente utilizados; los grupos de productos certificados se pueden producir a partir de estos (por ejemplo, barreras de ruido, sistemas de terraza y otros sistemas de construccion); el proceso ahorra arboles, ya que este material es mas resistente a la intemperie y es una alternativa a la madera que no necesita mantenimiento; el proceso tambien contribuye a la proteccion de la naturaleza mediante la recuperacion de residuos de plastico. Los productos fabricados usando el presente metodo pueden ser molidos, serrados, clavados y procesados de otro modo.
La solucion de acuerdo con la presente invencion comprende la separacion de metales y metales no ferrosos, produccion de una mezcla de residuos de plastico mixtos de alto y bajo peso volumetrico que se ha reciclado
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previamente, adicion de aditivos, mezclado, espumado por extrusion continua, enfriamiento de dos fases con un sistema de matrices especiales y refrigeracion por agua, un proceso de pultrusion controlada y corte de perfiles.
Los plasticos de bajo peso volumetrico (0,1-0,15 (hasta 0,4) t/m3) son principalmente, por ejemplo, envases de plastico muy utilizados procedentes de hogares, como bolsas de plastico y envases para jamon, queso, yogur, otros alimentos y productos de consumo. Estos envases son el tipo de residuo de plastico mas problematico y en constante crecimiento y que actualmente solo se depositan en vertedero o se incineran. Estadfsticamente, este grupo de plasticos de bajo peso volumetrico incluye en promedio: PE (50-60 % del volumen), PP (20-30 % del volumen), PS (5-10 % del volumen) y otros plasticos no identificados (por ej., PA, PET, POM, PC, plasticos compuestos; 1-10 % del volumen).
Los plasticos de alto peso volumetrico (> 0,4 t/m3) son residuos de plastico domesticos o industriales que deben ser troceados, por ejemplo, cajas de botellas, muebles de jardm, cubos, trineos de plastico, parachoques de coches, latas de gasolina, tubenas, carretes, carcasas de ordenador, carcasas de TV y piezas de plastico de los frigonficos. Estadfsticamente, este grupo incluye, por ejemplo: PS, PP, PE (LDPE y HDPE), HIPS, ABS, PC, PS/PP (compuestos), PP/HD (compuestos), MIX Plast (plasticos de tipo no identificado).
De acuerdo con la solucion de la presente invencion, los productos de plastico estan hechos de, por ejemplo, los siguientes residuos de plastico mixtos no identificados, sucios, sin clasificar y previamente triturados y/o aglomerados o compactados de otro modo de vertederos, lugares que compran plasticos, etc.:
1. poli(tereftalato de etileno) o PET - por ejemplo, botellas de bebidas carbonatadas y botellas de aceite de cocina; botellas de agua, ketchup y aderezo; y envases impermeables;
2. polietileno de alta densidad o HDPe - por ejemplo, botellas de bebidas no carbonatadas, botellas de aceite de cocina y de zumo; productos qmmicos domesticos; tapones de botella; y bolsas de plastico;
3. poli(cloruro de vinilo) o PVC - por ejemplo, bandejas para alimentos y botellas de productos qmmicos domesticos;
4. polietileno de baja densidad o LDPe - por ejemplo, pelfcula de envasado, bolsas de plastico, bolsas de basura y botellas blandas;
5. polipropileno o PP - por ejemplo tarrinas de margarina, pelfcula de envasado y tapones de botellas;
6. poliestireno o PS - por ejemplo, envases de comida rapida, frascos para medicamentos y cubiertas protectoras;
7. otros plasticos - por ejemplo, envases multicapa y multiplastico, artfculos hechos de plastico especial, productos de PE (bolsas de basura y cubos de plastico).
Ademas, por ejemplo, los hogares tienen muchos otros artfculos de plastico que no son de envasado y que no se recogen como parte de un sistema de recoleccion bien establecido; estos son juguetes, vellon, tubenas de drenaje y alcantarillado, carcasas de electrodomesticos, utensilios y material de aislamiento termico. El sector de la construccion y plasticos especiales se esta desarrollando rapidamente y estos tambien su denominacion; por ejemplo, EPS significa poliestireno expandido (plastico espumado duro) que se utiliza para el aislamiento termico, cascos, suministros medicos y equipo electrico; ABS, acrilonitrilo butadieno estireno que se utiliza para la fabricacion de carcasas de telefonos moviles y piezas de automoviles; PA, poliamida (nylon); PUR (tambien PU), poliuretano; EPUR, poliuretano expandido que se utiliza para fabricar colchones, asientos de coche y almohadas; PTFE, politetrafluoroetileno; PMMA, polimetilmetacrilato y PC, policarbonato. El envasado de bebidas se hace a menudo de materiales compuestos que son una mezcla de carton, polietileno (15-20 %) y aluminio (5 %).
Para estabilizar el proceso de produccion, se monitorizan y controlan las curvas de temperatura y presiones causadas por la extrusion en matrices de producto. El tornillo de la extrusora asegura la mezcla controlada y el comportamiento de la materia prima en las fases de alimentacion, compresion y dosificacion. El paso y la profundidad de la rosca estan disenados para procesar la materia prima para esta invencion con el fin de conseguir un proceso de extrusion estable. La superficie del tornillo resiste la mayor abrasividad de la materia prima.
Al contrario de lo que sucede con las soluciones conocidas, las matrices de calibracion se dividen en varias partes. Esto garantiza un proceso de extrusion estable que puede ser controlado y dirigido.
Para que el proceso de produccion sea estable, la parte final 29.3 del cabezal de extrusion, el dado 30 unido a ella y la extension del cabezal de extrusion o la primera fase de enfriamiento 31 se construyen como un unico modulo.
Los problemas asociados con la mezcla de diferentes tipos de polfmeros incluyen diferentes velocidades de flujo en fusion y comportamiento diferente en el proceso de extrusion, moldeo y enfriamiento. La mezcla es un proceso ffsico-qmmico que se ve afectado tanto por las interacciones macromoleculares como por los factores de la mezcla mecanica de la masa polimerica. Se sabe que dos sustancias similares se disuelven en/mezclan entre sf. Si la polaridad de los polfmeros difiere en cierta medida, su mezcla depende de la diferencia de su polaridad. Dependiendo de la relacion, la capacidad de mezclar puede ser reducida, pero conservan su capacidad de emulsionar. Asf, la composicion, receta o relacion de los polfmeros es lo que es importante. Por ejemplo, es bien sabido que el agua y el aceite mineral o la grasa no se mezclan; sin embargo, tambien se conocen emulsiones y cremas en las que el aceite y las grasas se mezclan con agua. Por lo tanto, el proceso de mezclado de polfmeros es tambien hasta cierto punto coloidal-qmmico. El resultado se consigue cuando las sustancias se mezclan a una
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intensidad optima. Con la receta y el metodo de mezcla en la extrusora y con el control de la temperatura de acuerdo con la presente invencion, el material polimerico bruto se mezcla en una proporcion espedfica y se fija cuando el plastico se enfna.
Breve descripcion de los dibujos
La presente invencion se explica mas precisamente con referencias a las figuras anadidas, donde
La Figura 1 es un diagrama de bloques del metodo para producir productos acabados a partir de una mezcla de materiales reciclados de residuos de plastico mixtos, de acuerdo con la presente invencion;
La Figura 2 es un diagrama del sistema para producir productos acabados a partir de una mezcla de materiales reciclados de residuos de plastico mixtos, de acuerdo con la presente invencion;
La Figura 3 es un diagrama de un sistema alternativo para producir productos acabados a partir de una mezcla de materiales reciclados de residuos de plastico mixtos, de acuerdo con la presente invencion;
La Figura 4 es un diagrama de la extrusora representado en las Figuras 2 y 3;
La Figura 5a es una perspectiva lateral del cabezal de extrusion representada en la Figura 4;
La Figura 5b es una vista en perspectiva del cabezal de extrusion representado en la Figura 4 desde el lado del cilindro;
La Figura 6 representa la curva de temperatura del proceso de extrusion;
La Figura 7 representa el sistema de matrices de calibracion representadas en las Figuras 2 y 3;
La Figura 8 representa la seccion transversal del producto de muestra fabricado usando el sistema y el metodo de acuerdo con la presente invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La Figura 1 representa el metodo para producir productos de plastico a partir de la materia prima recibida como resultado del reciclado de residuos de plastico mixtos, de acuerdo con la presente invencion, que comprende separar los metales de la materia prima reciclada de residuos de plastico mixtos, mezclar la mezcla de la materia prima, anadir aditivos, mezclar, espumar por extrusion continua conforme a la curva de temperatura de acuerdo con la Figura 6, controlando la temperatura en las zonas de la extrusora 24-31, enfriar dos fases en las matrices de calibracion, fabricar un producto utilizando el metodo de pultrusion controlada y cortar automaticamente el producto.
Las Figuras 2 y 3 muestran el diagrama general del sistema de acuerdo con la presente invencion para aplicar el metodo representado en la Figura 1.
El sistema inventado para producir productos de plastico a partir de residuos de plastico mixtos reciclados comprende un sistema para mezclar materias primas 3, un primer transportador 5, una tolva 4, un segundo transportador 6, un mezclador fino con un sistema de pesaje (por ejemplo, balanzas electronicas) 7, un panel de control 8, una extrusora 9, un sistema de matrices de calibracion 10 en la tabla de calibracion 11, un bano de
refrigeracion de agua 12, una maquina de pultrusion 13 con un convertidor 14 y un motor electrico con un reductor
15 y un cortador automatico de los productos 16. La realizacion alternativa de la invencion comprende un separador de metal 1 con un transportador 2 al sistema de mezclado 3.
De acuerdo con el sistema y metodo inventados de la Figura 2, el separador de metales 1 elimina metales
magneticos y no magneticos de los residuos de plastico mixtos previamente reciclados; a continuacion, el
transportador 2 lleva los residuos de plastico mixtos desde separador de metal 1 hasta el sistema de mezclado 3; despues de mezclar las materias primas, otro primer transportador 5 lleva los residuos de plastico mixtos a la tolva 4; y el segundo transportador 6 los lleva al mezclador fino con un sistema de pesaje (por ejemplo, una bascula electronica) 7, donde se anaden aditivos (residuos de plastico mixtos reciclados y/o residuos de plastico granulado de un tipo) a la mezcla de residuos de plastico mixtos previamente reciclados de alto y bajo peso volumetrico para hacer que la mezcla sea adecuada para la fabricacion de los productos; el panel de control 8 se utiliza para controlar el proceso y las velocidades; el mezclador fino 7 esta conectado a la extrusora 9 a la que llega la mezcla mixta y triturada de residuos de plastico mixtos y aditivos para el proceso de extrusion; despues del proceso de extrusion, el residuo de plastico fabricado a partir de la mezcla procesada mecanica y termicamente de residuos de plastico mixtos y aditivos va al sistema de matrices de calibracion 10 que esta en la tabla de calibracion 11 conectada a la extrusora 9; desde el sistema de matriz 10, el material procesado entra en el bano de refrigeracion de agua 12 y despues a la maquina de pultrusion 13 con un convertidor 14 y un motor electrico con un reductor 15 y finalmente a la sierra 16 donde se cortan los productos.
En la realizacion alternativa de la Figura 3, la materia prima, es decir, residuos de plastico mixtos reciclados de alto y bajo peso volumetrico, se lleva directamente al sistema de mezclado 3; el primer transportador 5 lleva la mezcla a la tolva 4; y el segundo transportador 6 la lleva al mezclador fino con el sistema de pesaje (por ejemplo, una bascula electronica) 7, donde se anaden aditivos (residuos de plastico mixtos reciclados y/o residuos de plastico granulado de un tipo) para hacer que la mezcla sea adecuada para la fabricacion de productos; el panel de control 8 se utiliza para controlar el proceso y las velocidades; el mezclador fino 7 esta conectado a la extrusora 9 al cual llega la mezcla mezclada y triturada de residuos de plastico mixtos y aditivos para el proceso de extrusion; despues del
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proceso de extrusion, el residuo de plastico fabricado a partir de la mezcla procesada mecanica y termicamente de residuos de plastico mixtos y aditivos va al sistema de matrices de calibracion 10 que esta en la tabla de calibracion 11 conectada a la extrusora 9; desde el sistema de matriz 10, el material procesado entra en el bano de refrigeracion de agua 12 y luego a la maquina de pultrusion 13 con un convertidor 14 y un motor electrico con un reductor 15 y finalmente a la sierra 16 donde se cortan los productos a medida.
Cuando la materia prima se mezcla, la mezcla resultante comprende aproximadamente el 50 %- 75 % de materia prima producida a partir de residuos de plastico de bajo peso volumetrico y aproximadamente el 25-50 % de materia prima producida a partir de residuos de plastico de alto peso volumetrico.
Despues de mezclar la materia prima, se anaden aditivos a la mezcla en el mezclador 7 con una balanza electronica y un sistema de mezclado; por ejemplo, agentes colorantes, sustancias de proteccion UV, antioxidantes, un agente espumante (por ej., EN3), aditivos minerales y aditivos que mejoran la estructura del material, fibras de vidrio, fibras textiles y/o aditivos minerales aproximadamente en el intervalo del 0,2 % -10 %. El mezclador de aditivos 7 permite mezclar diferentes tamanos y anadir aditivos en polvo y diversos colorantes al mismo tiempo. La mezcla tiene lugar en funcion del peso volumetrico. Desde el mezclador de aditivos, la mezcla de materia prima se lleva a la extrusora 9. En el mezclador y en los tubos de conexion se evitan los “puentes” de materias primas, ya que esto impedina que el material se mueva.
El espumado se utiliza para regular la densidad de los productos de plastico en el intervalo aproximado de 0,5-0,85 t/m3. Al cambiar la velocidad del proceso de produccion cambia la densidad de los productos finales. A velocidades mas altas, la mezcla de plastico procesado necesita menos tiempo en el sistema de matrices de calibracion. Por lo tanto, la parte espumada del perfil de productos se expande y la capa superior del producto, a traves de la cual los gases no pasan, se hace mas delgada. Por ejemplo, al aumentar la velocidad de produccion en un 20 %, la densidad de los productos de plastico disminuye en torno al 5 %-7 %. Una densidad diferente tambien significa diferentes caractensticas ffsicas del producto final. Por ejemplo, una densidad mas baja supone un menor peso y una menor resistencia a la flexion del producto de plastico.
La sustancia espumante hace que el producto sea poroso en el interior, y el producto es resistente a la intemperie, tolerando bien una fluctuacion de la temperatura (de + 65 °C a -30 °C). Por ejemplo, la densidad preferida del material usado para tableros de terraza es preferiblemente 0,75-0,85 t/m3, la de materiales no portadores (por ejemplo, tabiques o materiales de fachada) es preferiblemente 0,5-0,6 t/m3. Anadiendo, por ejemplo, un agente espumante al 0,2 %, el tonelaje de la materia prima ahorro hasta un 20 %.
El producto de acuerdo con la presente invencion se puede clavar, moler y aserrar bien. Usando el 1 %- 4 % de un colorante que incluye proteccion UV, el producto final adquiere una apariencia estetica. Por ejemplo, la adicion del 1 %-10 % de fibras de vidrio o textiles aumentan la resistencia a la flexion del perfil hasta dos veces.
Los aditivos anadidos, el espumado por extrusion continua tiene lugar en la extrusora 9 de acuerdo con la curva de temperatura de la Figura 6. Para ello, se funde toda la masa de polfmeros y se pasa por tres etapas de procedimiento en la extrusora 9: alimentacion, compresion y mezclado (es decir, dosificacion). Para asegurar un movimiento estable, se ajusta una curva de temperatura que sea la mas adecuada para la extrusion (vease la Figura 6). Mientras que la temperatura en cada zona se ajusta de acuerdo con las temperaturas mostradas en la Figura 6, ±2 %-5 %. Como la masa de plastico fundida incluye gases y esta en torno a 3-6 bar en el cabezal de extrusion 29, la masa polimerica que sale de la extrusora esta “viva” y quiere expandirse, es decir, su volumen aumenta alrededor del 20 % en los primeros 1 a 3 segundos despues de salir de la extrusora. El moldeo del producto de plastico comienza en el cabezal de extrusion 29 y el dado 30. Las extrusoras se usan generalmente para la extrusion o el reciclado de un solo tipo de polfmero. En el presente proceso, la mezcla de materiales polimericos que se ha producido a partir de nueve tipos diferentes de residuos de plastico pasa a traves de la extrusora.
En la realizacion alternativa de la invencion, se utiliza un proceso de coextrusion, en el que otra extrusora anade una capa delgada de un tipo de polfmero a la materia prima de plastico mixto. El proceso de coextrusion evita el coloreado de todo el material plastico, porque solo la capa superior delgada de un unico tipo de material polimerico necesita ser coloreada. En el proceso de coextrusion, se utiliza una extrusora adicional para fundir un unico tipo de material polimerico que se anade al plastico fundido hecho de residuos de plastico mixtos, inmediatamente antes de salir de la extrusora.
La figura 4 representa la extrusora 9 del sistema inventado para producir productos de plastico a partir de residuos de plastico mixtos reciclados. Es preferible disponer de una extrusora de un tornillo que comprenda un motor de accionamiento 17 del tornillo; una caja de engranajes 18 de la extrusora; un bastidor 19; ventiladores de enfriamiento 20; un tornillo de la extrusora que comprende una zona de alimentacion 21, una zona de compresion 22 y una zona de mezcla 23; un cilindro que comprende al menos cinco zonas de calentamiento 24-28; un cabezal de extrusion 29; un dado 30; y una extension 31 del cabezal que tambien se utiliza como primera zona de enfriamiento.
El material se calienta en una extrusora 9 de un solo tornillo que tiene al menos cinco zonas de calentamiento 24-28. El tornillo de la extrusora 9 esta disenado para mezclar el material, no para transportarlo, es decir, la zona de
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alimentacion 21 del tornillo y la zona de compresion 22 conjuntamente no exceden la mitad de la longitud del tornillo. La zona de mezclado 23 tiene un pequeno volumen que no excede de un tercio del volumen de la zona de alimentacion 21.
Las zonas de temperatura utilizadas en la extrusora 9 se dividen en tres:
1) en la primera zona 24-28, el cilindro, la temperatura se mantiene aproximadamente en el intervalo de 145 °C- 180 °C;
2) en la segunda zona 29-30, el cabezal de extrusion, la temperatura se mantiene aproximadamente en el intervalo de 180 °C-210 °C;
3) en la tercera zona 31, el cabezal extendido de la extrusora, la temperatura se mantiene aproximadamente en el intervalo de -3°C y -8°C.
La extrusora que va a utilizarse se elige en funcion de la seccion transversal del perfil final porque una extrusora altamente productiva no es adecuada para fabricar pequenos perfiles y viceversa. Por ejemplo, las extrusoras con un diametro de tornillo de 90-120 mm son adecuadas para fabricar perfiles que tienen una seccion transversal de 138-140 mm x 30-32 mm; 138-140 mm x 38-40 mm; 95 x 95 mm.
El panel de control de la extrusora muestra lecturas de las temperaturas de zona, del ampenmetro, la velocidad de rotacion del tornillo, los sensores de presion del cabezal de extrusion y la velocidad de lmea (m/min). Durante el proceso, la temperatura del motor de la extrusora y el enfriamiento de la caja de engranajes se mantienen bajo control (max. 70 °C).
El panel de control se utiliza para controlar las temperaturas de las zonas de calentamiento del cilindro de acuerdo con el grafico mostrado en la Figura 6: primera zona 24 - aproximadamente 145-150 °C; segunda zona 25 - aproximadamente 150-153 °C; tercera zona 26 - aproximadamente 153-155 °C; cuarta zona 27 - aproximadamente 155-160 °C; quinta zona 28 - aproximadamente 160-167 °C. Las temperaturas en las zonas de calentamiento del cabezal de extrusion: sexta zona 29 - aproximadamente 180-195 °C; septima zona 30 - aproximadamente 190-210 °C y octava zona 31 - entre aproximadamente -3 °C y -8 °C. El panel de control tambien se utiliza para controlar la presion en el cabezal de extrusion, que se mantiene aproximadamente en el intervalo de 3 - 6 bar; la temperatura del plastico fundido que sale del cabezal de extrusion; la velocidad de rotacion del tornillo de extrusora 36-48 rotaciones por minuto; el amperaje de la extrusora 34-40 A; la velocidad de desplazamiento del perfil en la lmea de produccion 0,3-0,5 m/min; y la resistencia a la traccion de la maquina de pultrusion, que es el 35-50 % de la capacidad maxima de la maquina de pultrusion. Las zonas 24-28 aseguran la fusion adecuada de la masa polimerica y la generacion de gases. No hay friccion causada por la rotacion del tornillo en las zonas 29 - 30; se mantiene la temperatura ah y la masa polimerica fundida se mantiene a una presion de aproximadamente 3-6 bar.
Los sensores de temperatura que se controlan automaticamente aseguran el funcionamiento estable de las tres etapas de extrusion, de manera que la masa polimerica que sale de la extrusora es homogenea y estable.
El tornillo 9 de la extrusora esta dividido en tres zonas: las piezas de plastico que todavfa no se han fundido se alimentan sobre el tornillo en la zona de alimentacion 21 y a lo largo de la zona de compresion 22; en la zona de compresion 22, los calentadores y la abrasion inician el proceso de fusion; y la zona de mezcla 23 mezcla y presuriza el plastico fundido y lo transporta al cabezal de extrusion 29.
Como se mezclan y se funden diferentes tipos de plastico, la masa resultante de plastico fundido es inestable en el proceso de produccion. Para controlarlo, la zona de alimentacion 21 del tornillo es lo mas corta posible y la zona de mezcla es lo mas larga posible, y la transicion entre la zona de compresion 22 y la zona de mezcla 23 es lisa. La zona de alimentacion 21 y la zona de compresion 22 conjuntamente no exceden la mitad de la longitud del tornillo. La zona de mezcla 23 tiene un pequeno volumen que no excede de un tercio del volumen de la zona de alimentacion 21.
El cabezal de extrusion 29 comprende tres zonas de calentamiento 29.1-29.3, un dado 30, una extension 31 del cabezal y una placa de aislamiento 39 unida al dado, un canal de flujo 45, una grna 40 en el centro del cabezal de extrusion 29, un sensor de presion 41 antes de la grna; sensores de presion y temperatura 42 despues de la grna, la salida 43 para la masa fundida; y un sistema de pasadores 44.
El dado 30 de la extrusora es la ultima parte del cabezal de extrusion 29 y esta disenado para adaptarse al tamano y forma de la salida y a la relacion entre la salida y la entrada de la matriz de calibracion. Preferiblemente, esta ultima es aproximadamente el 80 % de la seccion transversal de la primera matriz de calibracion 10.1. La grna 40 del flujo de plastico esta en el centro del cabezal de extrusion 29 imitando la forma del canal de flujo 45 del cabezal de extrusion 29 y esta disenada para guiar el flujo de plastico a los bordes del perfil de plastico.
El cabezal de extrusion 29 comprende dos sensores de presion 41 y 42, uno de ellos antes y el otro despues de la zona de grna de flujo. El sensor en el lado de la matriz de calibracion tambien mide, ademas de la presion (3-6 bar), la temperatura del plastico fundido que sale de la extrusora, que es de aproximadamente 168-178 °C.
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El cabezal de extrusion 29 comprende tres zonas de calentamiento 29.1-29.3. El cabezal de extrusion 29 esta unido a la extrusora de tal manera que la salida del cabezal de extrusion 29, de donde sale la masa polimerica fundida, es paralela al eje horizontal y transversalmente al eje vertical.
El cabezal de extrusion 29 comprende un dado 30. El dado se utiliza para regular y guiar el plastico fundido saliente hacia la matriz de calibracion. La forma interna del dado imita el perfil a producir, es decir, sus secciones transversales son similares. Una placa de aislamiento 39 esta unida al dado para reducir la transferencia de calor desde el dado 30 (hasta 200 °C) hasta la primera seccion de la matriz de calibracion 10.1, que es aproximadamente -5 °C.
En el cabezal de extrusion 29, el plastico fundido se mueve solamente debido a la presion generada por el tornillo.
El canal de flujo 45 del cabezal de extrusion 29 se hace mas pequeno hacia el extremo, creando asf una contrapresion en el tornillo. La contrapresion garantiza el control sobre el flujo de plastico inestable. La presion interior es controlada por los sensores de presion 41 y 42 unidos al cabezal. Las tendencias de la presion se controlan, es decir, si la presion en el cabezal de extrusion 29 aumenta, se incrementa la velocidad de la maquina de pultrusion y viceversa.
La salida 43 del dado 30 tiene una seccion transversal similar al perfil que va a producirse. La extrusora 9 termina con la extension 31 del cabezal unida al dado 30. Su temperatura es inferior a cero, y la primera matriz de calibracion esta unida a la misma. Sin embargo, la temperatura del cabezal 29 es de hasta +200 °C.
La salida 43 del dado 30 tiene un area de aproximadamente el 80-85 % de la seccion transversal del perfil que va a producirse. En el momento en que la masa fundida sale del cabezal 29 y entra en el calibrador, la presion cae de 3-6 bar a 0,5-1 bar en 1-2 segundos y a 0,1 bar en los siguientes 10 segundos. La baja temperatura provoca el primer impacto frio que contribuye al control del proceso. Las soluciones previamente conocidas no tienen una matriz de calibracion sub-cero unida al cabezal de extrusion 29 que esta a una temperatura de hasta +200 °C.
Despues de que la masa fundida de plastico sale de la extrusora 9, se enfna en dos etapas, donde la primera enfna las matrices de calibracion 10 y la segunda, el bano de refrigeracion de agua 12. El enfriador de las matrices de calibracion 10 mantiene la temperatura del agente de enfriamiento al menos a -5 °C. El agente refrigerante preferiblemente no se congela. Los acoplamientos de las mangueras de refrigeracion son acoplamientos de conexion rapida para el reemplazo rapido de las matrices de calibracion. Todas las mangueras de conexion estan cubiertas con material de aislamiento termico para evitar la formacion de condensados y perdidas de energfa excesivas.
La primera fase de enfriamiento tiene lugar en el sistema de refrigeracion de las matrices de calibracion 10, donde se da una forma al perfil, y el enfriamiento activo hace permanente la forma. La segunda fase de enfriamiento tiene lugar cuando el producto atraviesa el bano de refrigeracion de agua 12.
Despues del enfriamiento, los perfiles van a la maquina de pultrusion 13 que mide constantemente la fuerza de traccion (aproximadamente el 35 %-50 % de la capacidad de traccion del dispositivo) y la velocidad de traccion (aproximadamente 0,3-0,5 m/min) del producto y ajusta automaticamente el velocidad de extrusion. Extrae perfiles “sin fin” a traves de las matrices de calibracion 10 y del bano de refrigeracion de agua 12 hasta la sierra automatica 16. En contraste con una maquina de pultrusion ordinaria, la solucion de acuerdo con la presente invencion incluye la medicion de la resistencia a la traccion del dispositivo. El indicador es la base para el ajuste automatico de la velocidad de traccion, es decir, si la fuerza de traccion aumenta un 1 %, la velocidad de traccion aumenta un 1 % y viceversa. Los cambios en la resistencia a la traccion del dispositivo reflejan la friccion entre la superficie del producto y el interior de las matrices de calibracion. En la etapa final del reprocesado, la sierra automatica 16 corta los perfiles en productos de longitud adecuada.
En una realizacion de la invencion, el sistema de matrices de calibracion 10 (vease la figura 6) comprende una primera matriz de calibracion 10.1 que esta conectada a la extension 31 del cabezal de extrusion; una segunda matriz de calibracion 10.2, una tercera matriz de calibracion 10.3, una cuarta matriz de calibracion10.4, por lo que cada matriz de calibracion comprende una base 10.5, una cubierta 10.6 y laterales 10.7 y 10.8 que estan ngidamente fijados entre sf, formando asf una camara interior 10.9 de las matrices que dan la forma requerida al perfil de plastico y canales de refrigeracion 10.10. En la direccion de flujo de la masa de plastico desde la primera matriz de calibracion 10.1 hasta la cuarta y ultima matriz de calibracion 10.4, el volumen de la camara interior 10.9 de las matrices de calibracion aumenta para reducir la presion que el plastico en expansion caliente ejerce sobre las paredes interiores de las matrices de calibracion.
El sistema de matrices de calibracion 10 disminuye uniformemente la presion del material que sale, cada matriz siguiente es 0,5 mm mas grande que la anterior. Las matrices de calibracion se han disenado en funcion de la ultima matriz de 1000 mm que es el tamano del perfil, es decir, el producto final.
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Las matrices de calibracion estan unidas ngidamente (por ejemplo, con pernos o sistemas de pasadores) y preferiblemente con una precision de 0,01.
El sistema multicomponente de matrices de calibracion permite realizar diferentes perfiles utilizando los mismos componentes.
Todas las matrices de calibracion estan centradas y niveladas en la tabla de calibracion 11. Los canales de refrigeracion de las matrices de calibracion estan disenados para permitir el control del enfriamiento en las matrices mediante valvulas que ajustan el volumen del agente refrigerante que fluye a traves de todo el sistema de matrices 10 o en sus partes, permitiendo asf mantener las primeras matrices en el sistema 10 mas fnas que las ultimas. Cuando la fuerza de traccion aumenta, el enfriamiento se hace mas intensivo abriendo las valvulas para mantener la resistencia a la traccion de la maquina de pultrusion a un 35-50 % de la capacidad maxima, porque un enfriamiento mas intensivo reduce la friccion del producto contra la superficie interior de la matriz.
Una matriz de calibracion de 120 mm se fija al cabezal de extrusion 29 como una extension de la extrusora. La temperatura del cabezal 29 es de +200 °C y la de la primera matriz de calibracion 10.1 es -5 °C. Otras matrices de calibracion estan en una tabla de calibracion separada 11.
La tabla 11 es inflexible y ofrece oportunidades de ajuste en diferentes partes. Tambien incluye un sistema de bloqueo que permite fijar el ajuste sobre la tabla 11. La tabla de calibracion 11 puede desplazarse mas lejos de la extrusora ya que esta sobre rieles.
Si la tabla de calibracion 11 con las matrices de calibracion 10 se mueve contra el sistema de pasador fijado al cabezal de extrusion 29, la tabla puede bloquearse en esta posicion para evitar que se aleje del cabezal de extrusion 29 debido a la presion ejercida por el plastico fundido que sale de la extrusora.
Las cubiertas de las matrices de calibracion se pueden prensar y fijar hasta 12 toneladas. La posibilidad de abrir las matrices permite un acceso rapido a su camara interior.
En los sistemas matriciales ordinarios, no se utiliza este enfriamiento agresivo a base de lfquido, y las partes interiores de cada una de las siguientes matrices no son mayores que las del anterior para reducir la presion y la friccion que afecta a la superficie interna de las matrices.
El sistema de refrigeracion del bano de refrigeracion con agua 12 garantiza un enfriamiento efectivo (hasta + 10 °C) del agua de refrigeracion requerida por el bano. La longitud preferida del bano de refrigeracion de agua 12 es de 8 metros, que comprende un sistema de suministro de agua en circulacion. El bano de refrigeracion de agua 12 esta disenado para utilizarse para fabricar perfiles diferentes.
La maquina de pultrusion 13 tira del perfil extruido a traves de las matrices, creando al mismo tiempo contrapresion en la extrusora. La contrapresion forma el perfil en las matrices de calibracion. El reductor de engranajes de la maquina de pultrusion 13 permite la produccion a velocidades muy bajas, a partir de 0,002 m/min. La transmision del motor electrico y del sistema reductor se ajusta optimamente a la velocidad de la lmea. Se mide la fuerza de traccion aplicada al perfil por el proceso de la maquina de pultrusion 13. El objetivo de la maquina de pultrusion que mide constantemente la fuerza de traccion y la velocidad de traccion y ajusta automaticamente la velocidad de extrusion es tirar del perfil “sin fin” a traves de las matrices de calibracion y el bano de refrigeracion de agua hasta la sierra automatica. La tarea de la maquina de pultrusion es tirar del perfil extruido a traves del sistema de matrices de calibracion 10, creando simultaneamente contrapresion en la extrusora 9. La contrapresion forma el perfil en las matrices de calibracion. Se mide la fuerza de traccion aplicada al perfil por el proceso de la maquina de pultrusion. En contraste con una maquina de pultrusion ordinaria, el presente proceso tecnologico incluye una medicion de la resistencia a la traccion de la maquina. El indicador es la base para el ajuste automatico de la velocidad de traccion.
La sierra automatica 16 corta el perfil a una longitud preestablecida; esta se puede ajustar a diversas longitudes. Es preferible tener una jaula alrededor de la sierra.
La Figura 7 representa la seccion transversal del producto de plastico de muestra fabricado a partir de residuos de plastico mixtos no identificados, no clasificados, reciclados, utilizando el sistema y el metodo de acuerdo con la presente invencion. Las matrices de calibracion 10 se han utilizado para dar al producto de plastico una estructura de superficie superior 32 con surcos longitudinales, una estructura de superficie inferior 33 y estructuras de superficie lateral 34 y 35.
Dependiendo de la composicion estadfstica de los polfmeros en los residuos de plastico de peso volumetrico de baja y alta densidad, el producto de plastico fabricado de acuerdo con el presente sistema y metodo de la invencion contiene polfmeros cuya composicion en la realizacion incluye poliestireno y polipropileno aproximadamente el 5 %- 15 %, PE/PP con una formula molecular similar aproximadamente del 50 %-65 % y tipos no identificados de polfmeros hasta completar. Cuando se funden en uno, dominara la masa fundida de plastico con una formula molecular similar.
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Por lo tanto, si se anade una mezcla de residuos de plastico de alto peso volumetrico a la composicion de residuos de plastico de bajo peso volumetrico en el sistema de mezclado 3, dominara la masa fundida de plastico de una formula molecular similar de acuerdo con la realizacion alternativa de la presente invencion. Dependiendo de la necesidad, se pueden anadir aditivos adicionales como sustancias que proporcionan un mejor control del proceso de produccion, es decir, se utilizan para controlar el comportamiento de la masa fundida de plastico durante el reprocesado de la composicion. Los ensayos han demostrado que el polipropileno (PP) se mueve en las capas superficiales 36 de la masa fundida durante el reprocesado de la composicion de residuos de plastico mixtos y une la masa de polfmeros que tienen una formula molecular similar a la de los residuos de plastico de alto y bajo peso volumetrico. Cuando toca la pared del molde de enfriamiento, da al producto una superficie 37 que no deja pasar los gases.
Los ensayos han mostrado tambien que el poliestireno (PS) se mueve en las capas intermedias 38 de la composicion de los residuos de plastico mixtos. A medida que el poliestireno (PS) se enfna mas rapido que otros plasticos y el poliestireno (PS) esta en las capas intermedias de la masa fundida 38, la estructura que es el resultado del enfriamiento no deja que el producto se desmorone. Una mezcla adecuada de poliestireno (PS) y otro plastico fundido en la materia prima fundida a presion asegura la homogeneidad, durabilidad y el interior poroso del producto de acuerdo con la presente invencion, siendo su densidad de aproximadamente 0,6-0,8 t/m3.
Cuando se fabrica un producto segun la presente invencion a partir de residuos de plastico mixtos reciclados, por ejemplo, mediante la adicion de un agente espumante, se simula la generacion de gases en el plastico fundido. Cuando la masa se esta enfriando, los gases se expanden y buscan una salida de la masa. El polipropileno se mueve en las capas superficiales 36 de la masa fundida y se une a una masa de una formula molecular similar. Cuando toca las paredes fnas de las matrices de calibracion, forma una capa superficial 37 que no deja pasar los gases. El poliestireno se mueve en las capas intermedias 38 de la masa fundida. Como el poliestireno se congela mas rapido que otra masa y esta en las capas intermedias de la masa fundida, la estructura que es el resultado del enfriamiento no deja que el producto se desmorone. Al mismo tiempo, el poliestireno y otra masa se mezclan adecuadamente mientras estan en estado fundido y a presion. Esto garantiza la homogeneidad y el interior poroso del producto, siendo su densidad de aproximadamente 0,6-0,8 t/m3.
Para mejorar la calidad del producto, en el sistema de mezclado 3 se anade(n) poliestireno (PS) y/o polipropileno (PP) a la materia prima obtenida a partir de una mezcla de residuos de plastico mixtos no identificados, sucios y sin clasificar y que han sido reciclados.
En una realizacion alternativa de la invencion, los productos de plastico producidos de acuerdo con el sistema y el metodo de la presente invencion comprenden, por ejemplo, tableros combinados, tableros de terraza y perfiles con diversas secciones transversales.
Las caractensticas del producto final fabricado de acuerdo con el sistema y metodo para producir productos a partir de materia prima reciclada a partir de residuos de plastico mixtos son las siguientes:
- densidad: 0,6-0,8 t/m3;
- capa superficial densa 37 de 5-20 mm e interior poroso y espumado 38;
- propiedades de flexion (EN 408): 1843 N/mm2 a -50 °C; 795 N/mm2 a 22 °C; y 452 N/mm2 a 60 °C;
- expansion lineal: 0,069 mm/m/°C (indica la expansion del producto por 1 m cuando la temperatura aumenta 1 grado en Celsius);
- clase de inflamabilidad: E (ISO 13501-1);
- deterioro UV: AE = 1,1 (sin danos) (los ensayos UV se realizaron bajo condiciones estandar (ASTM G154) durante un periodo de tiempo que se correlaciona con aproximadamente 10 anos de luz solar natural. AE indica el cambio en las coordenadas de color (L, a, b))
- absorcion de agua: 0,17% (ISO 62)
- aislamiento acustico: B3 (EN-1793-2)
- resistencia sin dano a aguarras, lfquido de encendedor, lejfa o aceite de hornear caliente
- no toxico
- resistente a una fluctuacion de temperatura en el intervalo entre + 65 °C y -30 °C;
- coeficiente de dilatacion lineal: 0,083-0,099 a, mm/m°C;
- dureza superficial (ASTM D3363): 4H-5H;
- carga: 166 -222 N;
- fuerza de sujecion del clavo (EVS-EN 13446: 2002): 1328-1776 N
- fuerza de compresion: 34,1-43,6 kN.
Para proporcionar una explicacion adicional a la invencion, los datos de ensayo del producto de muestra fabricado usando el sistema y metodo de acuerdo con la presente invencion se dan a continuacion.
Para probar las propiedades de flexion y la dependencia de la temperatura, se utilizaron productos de 690 mm y 810 mm de longitud. La prueba midio la resistencia a la flexion, es decir, la potencia de flexion requerida para romper el
material a una cierta temperatura. Se usaron tres pruebas repetidas para calcular la resistencia a la flexion media (N/mm2). Tambien se ensayo el modulo de elasticidad de flexion, es dedr, la capacidad del material para deformarse flexiblemente. Los ensayos de flexion se realizaron en el marco de carga Instron 5866. En el ensayo, los productos de ensayo se colocaron en una camara de refrigeracion con CO2 solido (-50 °C) durante 24 horas y en un horno de 5 aire caliente (60 °C) tambien durante 24 horas; la temperatura de 22 °C se consiguio manteniendo los productos a temperatura ambiente. Despues de que se alcanzo la temperatura requerida, los productos se colocaron en un sistema de plegado de cuatro puntos y se aplico una carga. El ensayo de flexion se llevo a cabo a una velocidad de carga de 5 mm/min; la prueba finalizo al romperse el producto de ensayo.
10 Resultados de la prueba numerica, valores medios y desviaciones estandar para el producto de 690 mm de longitud con una seccion transversal de 138 * 32 mm.
Maxima potencia de flexion Modulo de elasticidad global Resistencia a la flexion
N N/mm2 N/mm2
-50 °C
1
2762,63 1214,32 11,34
2
3637,21 1755,92 14,93
3
5397,96 2559,40 22,16
Valor promedio
3932,60 1843,21 16,14
Desviacion estandar
1342,27 676,78 5,51
-22 °C
1
2468,28 703,44 10,13
2
2678,05 730,68 11,00
3
3030,06 952,69 12,44
Valor promedio
2725,46 795,60 11,19
Desviacion estandar
283,88 136,72 1,17
-60 °C
1
1539,32 503,18 6,32
2
1686,14 484,33 6,92
3
1612,00 368,99 6,62
Valor promedio
1612,49 452,17 6,62
Desviacion estandar
73,41 72,65 0,30
Resultados de la prueba numericos, valores promedio y desviaciones estandar para el producto de 810 mm de 15 longitud con una seccion transversal de 138 * 38 mm.
Maxima potencia de flexion Modulo de elasticidad global Resistencia a la flexion
N N / mm2 N / mm2
-50 °C
1
4911,98 1489,91 17,11
2
5318,24 1804,36 18,52
3
5816,00 2002,50 20,26
Valor promedio
5348,74 1765,59 18,63
Desviacion estandar
452,78 258,48 1,58
-22 °C
1
2902,80 586,37 10,11
2
2893,29 583,78 10,08
3
2891,01 539,08 10,07
Valor promedio
2895,70 569,74 10,09
Desviacion estandar
6,25 26,59 0,02
-60 °C
1
1945,10 293,62 6,77
2
2568,48 454,08 8,95
3
2117,59 237,36 7,38
Valor promedio
2210,39 328,35 7,70
Desviacion estandar
321,88 112,46 1,12
El cambio relacionado con la temperatura en las dimensiones del material se sometio a ensayo midiendo el coeficiente de expansion lineal. El ensayo se llevo a cabo a cuatro temperaturas diferentes: -21,3 °C; 5,6 °C; 22,9 20 °C; 40 °C y 60 °C. Los dispositivos de prueba utilizados fueron un medidor de espesor Sony U30F, un congelador (
21,3 °C), un refrigerador (5,6 °C) y un horno de aire caliente (40 °C y 60 °C). Los productos de ensayo teman una longitud de 100 mm. Se mantuvieron a las temperaturas elegidas durante 24 horas y su longitud se midio
inmediatamente despues de ese tiempo.
Producto de 138 x 32 mm. Longitud relativa a la temperatura dada (mm)
-21,3°C 5,6°C 22,9°C 40,0°C 60,0°C
1
9,601 9,845 9,993 10,143 10,261
2
9,775 9,976 10,138 10,301 10,402
3
10,846 11,069 11,24 11,43 11,528
Valor promedio
10,074 10,297 10,457 10,625 10,730
Desviacion estandar
0,674 0,672 0,682 0,702 0,694
5 Producto de 138 x 38 mm. Longitud relativa a la temperatura dada (mm).
-21,3°C 5,6°C 22,9°C 40,0°C 60,0°C
1
10,869 11,117 11,3 11,495 11,662
2
9,603 9,825 10,012 10,2 10,426
3
9,782 10,032 10,202 10,395 10,533
Valor promedio
10,085 10,325 10,505 10,697 10,874
Desviacion estandar
0,685 0,694 0,695 0,698 0,685
Coeficiente de expansion lineal
a, mm/m°C
138 x 32 mm
0,099
138 x 38 mm
0,083
La dureza superficial se determino usando el metodo segun el cual el resultado del ensayo es la dureza del lapiz que 10 no penetra en la superficie o deja un rasguno en la superficie. El metodo utiliza lapices de varias durezas. Su escala de dureza es la siguiente:
9H 8H 7H 6H 5H 4H 3H 2H H F HB B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8B
La mas dura Promedio La mas blanda
15 La dureza superficial del producto es 4H-5H.
Para probar la carga maxima (N) y la fuerza de retencion (N), se uso un clavo para averiguar cual es la potencia maxima que se necesita aplicar para extraer un clavo del material. El clavo se introdujo y se saco utilizando la maquina de traccion R-5 (P-5) con una velocidad de traccion de 5 mm/min y una velocidad de empuje de 20 20 mm/min. Se inserto un clavo de construccion de acero de 3 x 80 mm en todo el espesor del material, es decir, la profundidad de insercion era de 24 mm, que era el espesor de los productos de ensayo. A continuacion, se extrajo el clavo del producto y se identifico la potencia maxima aplicada durante la traccion.
Carga maxima (N) Fuerza de retencion (N)
1
200 1600
2
202 1616
3
190 1520
4
222 1776
5
218 1744
6
202 1616
7
236 1888
8
166 1328
9
216 1728
10
208 1664
Valor promedio
206,0 1648,0
Desviacion estandar
19,2 153,8
25 El ensayo de la fuerza de compresion maxima (kN) y el alargamiento (mm) con respecto a la fuerza de compresion maxima se llevo a cabo en el sistema de ensayo de fatiga Instron 8802 a una velocidad de compresion de 10 mm/min. Los bordes aserrados de partes no espumadas de otro perfil se colocaron en ambos lados del producto a modo de soporte. El producto de ensayo se coloco entre las celulas de carga y se aplico fuerza hasta que se rompio. Todos los productos de ensayo se rompieron comenzando por el ensanchamiento en el centro, en una forma 30 tubular, es decir, en primer lugar, el centro de la resistencia perdida del material, y justo despues de que la resistencia a la compresion tambien disminuyera. Las caractensticas y dimensiones (secciones transversales que
difieren hasta 2 mm) de los productos de ensayo eran bastante variables. La parte espumada era siempre la que se rompia.______________________________________________________________________________________
Fuerza de compresion maxima (kN) Elongacion a la fuerza de compresion maxima (mm)
1
38,8 7,3
2
34,1 5,4
3
35,4 5,9
4
36,3 7,1
5
35,9 7,0
6
34,9 6,4
7
38,5 5,3
8
42,5 6,1
9
32,3 4,4
10
43,6 6,5
11
36,7 5,3
Valor promedio
37,2 6,1
Desviacion estandar
3,4 0,9

Claims (15)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema para producir productos de plastico a partir de materia prima que ha sido reciclada a partir de residuos de plastico mixtos sin clasificar, no identificados y sucios, comprende un sistema para mezclar materias primas (3), un primer transportador (5), una tolva (4), un segundo transportador 6), un mezclador fino con un sistema de pesaje (7), un panel de control (8), una extrusora de un tornillo (9), un sistema de matrices de calibracion (10) en la tabla de calibracion (11), un bano refrigerante de agua (12), una maquina de pultrusion (13) y un cortador automatico (16), en el que
    - la extrusora de un tornillo (9) comprende un motor (17); una caja de engranajes (18); un bastidor (19); ventiladores de refrigeracion (20); un tornillo con un diametro de 90-120 mm que tiene una zona de alimentacion (21), una zona de compresion (22) y una zona de mezclado (23); un cilindro que incluye zonas de calentamiento (24), (25), (26), (27), (28); un cabezal de extrusion (29); un dado (30); y una extension (31) del cabezal que tambien se utiliza como primera zona de enfriamiento;
    - el sistema de matrices de calibracion (10) comprende una primera matriz de calibracion (10.1) que esta conectada a la extension (31) del cabezal de extrusion; una segunda matriz de calibracion (10.2), una tercera matriz de calibracion (10.3), una cuarta matriz de calibracion (10.4), en la que cada matriz siguiente es 0,5 mm mas grande que la anterior y cada una de ellas comprende una base (10.5), una cubierta (10.6) y laterales (10.7) y (10.8) que estan fijados ngidamente entre sf, formando asf una camara interior (10.9) de las matrices; y canales de refrigeracion (10.10);
    - la maquina de pultrusion (13) comprende un convertidor (14) y un motor electrico con un reductor (15).
  2. 2. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la zona de alimentacion (21) y la zona de compresion (22) de la extrusora de un tornillo (9) conjuntamente no exceden la mitad de la longitud del tornillo y el volumen de la zona de mezclado (23) no excede de un tercio del volumen de la zona de alimentacion (21).
  3. 3. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la extrusora de un tornillo (9) tiene tres zonas de temperatura:
    - primera zona (24-28), el cilindro con una temperatura de aproximadamente 145 °C-180 °C;
    - segunda zona (29 - 30), el cabezal de extrusion con una temperatura de aproximadamente 180 °C-210 °C;
    - tercera zona (31), la extension del cabezal con una temperatura de aproximadamente -3 °C y -8 °C.
  4. 4. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el cabezal de extrusion (29) de la extrusora de un tornillo (9) comprende tres zonas de calentamiento (29.1, 29.2, 29.3), un dado (30) unido a la tercera zona de calentamiento (29.3), una extension (31) del cabezal y una placa aislante (39) unida al dado, un canal de flujo (45), una grna (40) en el centro del cabezal de extrusion (29), un sensor de presion (41), un sensor de presion y temperatura (42), y una salida (43) para la masa fundida.
  5. 5. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que:
    - la salida del cabezal de extrusion (29) es paralela al eje horizontal y transversal al eje vertical;
    - el canal de flujo del cabezal de extrusion (29) se reduce hacia el extremo;
    - la primera matriz de calibracion (10.1) esta unida al cabezal de extrusion (29);
    - la salida del cabezal de extrusion (29) tiene una area de aproximadamente el 80-85 % de la seccion transversal del perfil que va a producirse.
  6. 6. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la seccion transversal de la matriz de extrusion (30) es aproximadamente el 80 % de la seccion transversal de la primera matriz de calibracion (10.1).
  7. 7. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el volumen de la camara interior (10.9) de las matrices de calibracion aumenta desde la primera matriz de calibracion (10.1) hasta la ultima (10.4).
  8. 8. Un metodo para producir productos de plastico a partir de materia prima que ha sido reciclada a partir de residuos de plastico mixtos sin clasificar, no identificados y sucios, utilizando el sistema de acuerdo con las reivindicaciones 17, que comprende las siguientes etapas: se produce una mezcla de materia prima de residuos de plastico mixtos reciclados; se anaden aditivos; se mezcla la mezcla; se extruye la mezcla; se enfna; se realiza el proceso de pultrusion; se cortan automaticamente a medida los productos de plastico, en el que
    - despues de mezclar las materias primas, la mezcla comprende aproximadamente el 50 %-75 % de materia prima producida a partir de residuos de plastico de bajo peso volumetrico y aproximadamente el 25-50 % de materia prima producida a partir de residuos de plastico de alto peso volumetrico, un primer transportador (5) lleva la mezcla de residuos de plastico a la tolva (4), y un segundo transportador (6) los lleva al mezclador fino con el sistema de pesaje (7);
    - en el mezclador fino (7) se anaden a la mezcla aditivos o residuos de plastico mixtos reciclados y/o residuos de plastico granulados de un tipo;
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    - desde el mezclador fino (7), la mezcla mezclada y triturada de residuos de plastico mixtos y aditivos va a la extrusora de un tomillo (9), en el que la velocidad de rotacion del tornillo de la extrusora es 36-48 rotaciones por minuto y donde tiene lugar el espumado por extrusion continua de acuerdo con las zonas de temperatura, siendo la temperatura controlada en las zonas (24-31) de la extrusora, en el que la temperatura en la primera zona (24) es aproximadamente 145-150 °C; en la segunda zona (25) aproximadamente 150-153 °C; en la tercera zona (26) aproximadamente 153-155 °C; en la cuarta zona (27) aproximadamente 155-160 °C; en la quinta zona (28) aproximadamente 160-167 °C; en la sexta zona (29) aproximadamente 180-195 °C; en la septima zona (30) aproximadamente 190-210 °C; y en la octava zona (31) entre aproximadamente -3 °C y -8 °C;
    - despues del proceso de extrusion, la masa de plastico fabricada a partir de residuos de plastico mixtos y aditivos procesada mecanica y termicamente va al sistema de matrices de calibracion (10) que esta conectado a la extrusora de un tornillo (9), en el que en el momento en que la masa fundida sale del cabezal de extrusion (29) y entra en el calibrador, la presion cae de 3-6 bar a 0,5-1 bar en 1-2 segundos y a 0,1 bar en los siguientes 10 segundos;
    - esto va seguido por un enfriamiento de dos fases en el sistema de matrices de calibracion (10) y el bano de refrigeracion de agua (12), en el que la temperatura del cabezal de extrusion (29) es de hasta +210 °C, de la zona 31 entre aproximadamente -3 °C y - 8 °C y de la primera matriz de calibracion (10.1) es de al menos -5 °C;
    - despues del enfriamiento, el material va a la maquina de pultrusion (13) que mide constantemente la fuerza de traccion y la velocidad de traccion, en la que la velocidad de desplazamiento del perfil en la lmea de produccion es de 0,3-0,5 m/min y ajusta automaticamente la velocidad de extrusion, y despues a la sierra automatica (16) que corta los productos a medida.
  9. 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que los aditivos que se anaden incluyen agentes colorantes, sustancias de proteccion UV, antioxidantes, un agente espumante, aditivos minerales y aditivos que mejoran la estructura del material, fibras de vidrio, fibras textiles y/o aditivos minerales aproximadamente en el intervalo del 0,2 %-10 % o poliestireno (PS) y/o polipropileno (PP).
  10. 10. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que en la zona de alimentacion (21) de la
    extrusora (9), las piezas de plastico que todavfa no se han fundido se llevan hacia abajo del tornillo hasta la zona de
    compresion (22), donde se funde el plastico; en la zona de mezclado (23) se mezcla el plastico, se presuriza y se desplaza por el tornillo hasta el cabezal de extrusion (29); las etapas de mezclado tienen lugar en las zonas de calentamiento (24-28) que garantizan una velocidad de fusion adecuada de la masa polimerica y la generacion de gases; y las zonas (29 - 30) conservan la temperatura mantenida y conservan la masa polimerica fundida a una presion de aproximadamente 3-6 bar.
  11. 11. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que el volumen de la masa que sale de la
    extrusora de un tornillo (9) aumenta aproximadamente un 20 % en los 1-3 segundos posteriores a su salida de la
    extrusora.
  12. 12. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que se utiliza un choque en fno para controlar el proceso.
  13. 13. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que la primera mitad del sistema de matrices de calibracion (10) se mantiene mas fna que la segunda mitad.
  14. 14. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que la maquina de pultrusion (13) tira del perfil extruido a traves del sistema de matrices de calibracion (10), creando al mismo tiempo una contrapresion constante en la extrusora de un tornillo (9).
  15. 15. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que se utiliza un proceso de coextrusion, donde otra extrusora anade una capa delgada de un tipo de polfmero a la materia prima de residuos de plastico mixtos.
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